91 Fahrzeugkonstruktion
Um festzustellen, ob bei vorübergehendem Fahrzeugstillstand kurzzeitige Motorabschaltungen gegenüber konstantem Leerlaufbetrieb eine Reduzierung oder aber aufgrund des Startvorganges eine Zunahme der Kraftstoffverbräuche und Schadstoffemissionen zur Folge haben, wurde mit dem Emissions-Mess-Fahrzeug (EMF) der BASt ein entsprechendes Untersuchungsprogramm realisiert. Dabei war auch der Fragestellung nachzugehen, was dem Autofahrer an einer roten Ampel oder einem Bahnübergang (oder den Kommunen bei entsprechender Beschilderung) zu empfehlen ist, dass heißt ob der Motor abgeschaltet werden soll oder nicht. Im ersten Abschnitt des Projektes wurde anhand einzelner Motorstopp-/Startvorgänge untersucht, wie lange der Motor mindestens ausgeschaltet werden muss, damit Einsparungen möglich sind. Es stellte sich heraus, dass die Standzeiten, ab wann aus der vorübergehenden Motorabschaltung Vorteile für die Umwelt entstehen, für die verschiedenen Abgaskomponenten sehr weit auseinander liegen: bei Kraftstoffverbrauch und Stickoxidemissionen etwa ab zehn Sekunden, bei Kohlenwasserstoff- und Kohlenmonoxid-Emissionen erst ab etwa fünf Minuten. Im zweiten Projektabschnitt wurden Messfahrten im Straßenverkehr durchgeführt, die einen definierten, 20 Sekunden dauernden Fahrzeugstillstand in Form einer Ampelstopp-Simulation beinhalteten. Mit diesem realitätsnahen Versuchskonzept sollten die Ergebnisse aus den Motorstopp-Startversuchen überprüft werden. Es zeigte sich, dass die unter idealen Bedingungen erarbeiteten Resultate des ersten Abschnitts auch auf reale Verhältnisse angewendet werden können. Alle Ergebnisse beziehen sich auf das Messfahrzeug mit warmem Motor. Die Übertragbarkeit auf andere Fahrzeuge - insbesondere solche mit anderen Motor- beziehungsweise Gemischaufbereitungs- und Abgasreinigungskonzepten - ist daher nicht oder nur eingeschränkt zulässig. Die Größenordnungen der Ergebnisse können aber vermutlich auf vergleichbare, mit Katalysator ausgestattete Fahrzeuge übertragen werden.
Für schwere Nutzfahrzeuge der Abgasstufe Euro 3 mit einem zulässigen Gesamtgewicht über 12 t liegen zur Zeit nur wenige belastbare Emissionsfaktoren (E-Faktoren) vor. Bislang sind nur vereinzelt entsprechende Motoren auf Prüfständen vermessen worden. Über das Emissionsverhalten solcher Antriebe im realen Fahrbetrieb liegen so gut wie keine Erkenntnisse vor. Ziele des Vorhabens waren: 1.) die Aufstockung der Emissionsfaktoren Datenbasis durch Vermessung von Fahrzeugen im Straßenbetrieb, 2.) der Vergleich von Realmessungen mit Werten aus dem Emissionsfaktoren-Handbuch und 3.) die Validierung moderner on-board-Messverfahren. Für die Messungen wurden drei schwere Sattelzugmaschinen mit Auflieger sowie ein Fahrzeug aus dem Verteilerverkehr ausgewählt. Es wurden Messfahrten mit voller und halber Beladung durchgeführt. Die verwendete on-board-Messtechnik erfasste hierbei zeitaufgelöst die gasförmigen Emissionen sowie den Abgasmassenstrom. Zusätzlich wurden Leistungs- und Geschwindigkeitsdaten erfasst. Für die Auswertung der Daten mussten die Fahrmuster, wie sie im Emissionsfaktoren-Handbuch beschrieben sind, aus den Fahrprofilen der Messfahrten isoliert werden. Für geeignete Fahrmuster wurden Emissionsfaktoren in g/km ermittelt und denen des Emissionsfaktoren-Handbuches gegenübergestellt. Zur Bewertung der benutzten on-board-Messtechnik wurden auf dem Motorprüfstand Vergleichsmessungen in den europäischen stationären und dynamischen Typprüfzyklen ESC und ETC durchgeführt. Bei diesen Vergleichen zeigte sich die Analysetechnik sehr gut geeignet für mobile Messungen. Abweichungen zu den Laborergebnissen traten im Wesentlichen durch Unterschiede in der Abgasmassenstrommessung auf. Der Vergleich der Handbuch-Emissionsfaktoren mit den in diesem Vorhaben gewonnenen Ergebnissen auf der Basis von Durchschnittsgeschwindigkeit und mittlerer positiver Leistung ergab bei den Sattelzügen keine gravierenden Unterschiede bei HC, NOx und CO2 für den Mittelwert über alle 3 Fahrzeuge. Bei CO wies ein Fahrzeug bei niedrigen Geschwindigkeiten deutlich höhere Emissionen und größere Varianzen auf, so dass dort die Kurve der Mittelwerte deutlich über der Trendkurve des Handbuchs liegt. Für eine leistungsspezifische Darstellung der Messwerte wurden in unterschiedlichen Leistungs- und Drehzahlfenstern quasistationäre Betriebsbedingungen gesucht und die Ergebnisse als gemittelte Emissionswerte dargestellt. Für ein Fahrzeug wurden exemplarisch die Prüfpunkte des ESC in diese Darstellung eingefügt. Bei Betrachtung der Betriebsweise auf der Straße und Vergleich mit der Wichtung der jeweiligen ESC-Prüfpunkte ist erkennbar, dass für dieses Fahrzeug die Wichtung des ESC nur sehr bedingt die Betriebsweise auf der Straße widerspiegelt. Abschließend kann festgestellt werden, dass, von Entwicklungsbedarf bei der Abgasmassen-strommessung abgesehen, Messtechnik zur Verfügung steht, um Realemissionen von Fahrzeugen im Straßenbetrieb für die Komponenten CO, HC, NOx und CO2 zu ermitteln. Die ermittelten Emissionsfaktoren sind geeignet, die Daten des Emissionsfaktoren-Handbuches zu validieren. Eine Erweiterung des Handbuches mit den ermittelten Ergebnissen ist aufgrund der sehr unterschiedlichen Datenstruktur nicht möglich. Dies ist aber auch nicht notwendig, da zwischen den Ergebnissen des Handbuches und den Ergebnissen der mobilen Straßenmessung eine gute Übereinstimmung besteht. Der Originalbericht enthält als Anhänge grafische Darstellungen der Geschwindigkeitsprofile der untersuchten Fahrten getrennt nach Automatik und Handschaltung bei unterschiedlichen Nutzlasten (Anhang A) sowie der Emissionsfaktoren der Fahrtabschnitte im Vergleich zum Handbuch (Anhang B). Auf die Wiedergabe dieser Anhänge wurde in der vorliegenden Veröffentlichung verzichtet. Sie liegen bei der Bundesanstalt für Straßenwesen vor und sind dort einsehbar. Verweise auf die Anhänge wurden zur Information des Lesers im Berichtstext beibehalten.
Bestimmung der vertikalen Richtcharakteristik der Schallabstrahlung vom Pkw, Transportern und Lkw
(2009)
Ziel der vorliegenden Untersuchungen war die messtechnische Bestimmung der spektralen horizontalen und vertikalen Richtcharakteristik sowie der Schallleistung von Fahrzeugen verschiedenen Typs während der Vorbeifahrt mit Hilfe eines Mikrofonarray-Messsystems. Diese Informationen sind wesentlich für die Schallausbreitung sowie die Wirksamkeit von Schallschutzmaßnahmen. Neben der gesamten Schallabstrahlung sollte der spektrale Gehalt des emittierten Schalls ermittelt werden. Grundlage des angewendeten Messverfahrens ist die Ausnutzung der steuerbaren Richtwirkungseigenschaft eines Mikrofonarrays. Durch Fokussierung des Mikrofonarrays auf das zu untersuchende Fahrzeug während der Vorbeifahrt können Störquellen ausgeblendet werden. Die ermittelten Schalldruckkartierungen ermöglichen die Berechnung der Richtcharakteristik und eine Abschätzung der Schallleistung des Fahrzeugs. Die Richtcharakteristik des eingesetzten Mikrofonarrays wurde im Hinblick auf die Lokalisation des vorbeifahrenden Fahrzeugs optimiert. Da für die Untersuchungen ausschließlich die Quelllokalisation in horizontaler beziehungsweise vertikaler Richtung notwendig ist, wurde ein Linienarray gewählt. Gegenüber einem zweidimensionalen Mikrofonarray erhöhen sich bei gleicher Mikrofonanzahl die örtliche Auflösung und die Nebenkeulenunterdrückung. Unter Einsatz des optimierten Linienarrays erfolgten Messungen im fließenden Verkehr bei kontrollierter Vorbeifahrt eines Pkw, eines Kleintransporters und eines Lkw mit ausgewählten Geschwindigkeiten. Die horizontale Richtcharakteristik wurde durch Lokalisation des vorbeifahrenden Fahrzeugs zu verschiedenen Zeitpunkten bestimmt. Durch wiederholte Vorbeifahrt bei gleicher Geschwindigkeit mit variierter Höhe des vertikal positionierten Mikrofonarrays konnte die mittlere vertikale Richtcharakteristik ermittelt werden. Für die Abschätzung der Schallleistung wurde das Hüllflächen-Verfahren an die näherungsweise Schallleistungsbestimmung bewegter Quellen mit Mikrofonarray angepasst.